聚丙烯纖維中添加抗病毒母粒的研究

聚丙烯纖維中添加抗病毒母粒的研究

在合成、儲(chǔ)存、加工和最終使用的各個(gè)階段，材料的性能都可能降低，比如黃色、產(chǎn)品表面的裂紋、亮度損失、影響強(qiáng)度等。纖維能顯著降低張力學(xué)性能，如伸展強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，這使得產(chǎn)品的正常使用。這種現(xiàn)象被稱為聚合物的老化。聚丙烯(PP)材料因其分子結(jié)構(gòu)的特殊性,老化現(xiàn)象尤為嚴(yán)重。為了延長(zhǎng)制品的使用壽命,抑制或延緩制品的老化,需要添加有抗老化效果的母粒。本文以PP為例,探討PP纖維在加工過(guò)程中添加抗老化母粒對(duì)其抗老化性能的影響。本研究所采用的抗老化母粒SMF1807是由煙臺(tái)華大公司研發(fā)的,由多種紫外光吸收劑、抗氧劑等混合復(fù)配,再與PP共混造粒而成的一種功能母粒。它的特點(diǎn)是能高效吸收紫外光,吸收的波長(zhǎng)范圍較寬,耐持久性較高,同時(shí)具有抗熱氧化功能等。本研究所采用的PP樹(shù)脂為合成結(jié)束后,經(jīng)過(guò)穩(wěn)定化處理的、符合國(guó)標(biāo)GB/T12670—1990要求的PP聚合物。本研究采用的PP1樹(shù)脂,因其單獨(dú)較難制成FDY纖維,因此把它與PP樹(shù)脂共混制作成纖維試樣,以測(cè)試SMF1807對(duì)其的影響。對(duì)未經(jīng)穩(wěn)定化處理的PP(如PP粉料)和二次裂解的PP(如裂解法的熔噴PP),因其情況極為復(fù)雜,且各牌號(hào)的性能各不相同,故不在本研究范圍內(nèi)。在實(shí)際的使用中也不建議把它們作為抗老化PP制品的原料。在加工過(guò)程中引入其它的促進(jìn)老化或使SMF1807性質(zhì)發(fā)生變化的物質(zhì),也不在本文研究范圍之內(nèi)。1測(cè)試和測(cè)試1.1西太平洋石化公司聚丙烯(PP),Z30S,MI30,大連西太平洋石化公司產(chǎn);熔噴聚丙烯(PP1),461X,MI1000,韓國(guó)大林公司產(chǎn);抗老化母粒,SMF1807,MI35,煙臺(tái)華大生產(chǎn)。1.2試驗(yàn)裝置和設(shè)備Ф30mm單螺桿擠出機(jī),煙臺(tái)華大制造;HD-6B試驗(yàn)紡絲機(jī)(圓形孔噴絲板),煙臺(tái)華大制造;Ci5000型人工氣候老化試驗(yàn)箱,美國(guó)ATLAS公司制造;YG(B)001A單纖強(qiáng)力儀,常州第二紡織儀器廠制造。1.3纖維的制備分別將PP、均勻混合的PP+3%SMF1807、均勻混合的75%PP+25%PP1、均勻混合的75%PP+25%PP1+3%SMF1807,在HD-6B試驗(yàn)紡絲機(jī)上紡制968dtex/120f的纖維(每份試樣不少于500g),見(jiàn)表1。1.4試驗(yàn)條件光源:水冷式氙燈(5~14kW);輻照度:(340nm)0.5W/m1.5性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T16422.2—1999(塑料實(shí)驗(yàn)室光源暴露試驗(yàn)方法)。2結(jié)果與討論2.1pp氫過(guò)氧化物的變化最常見(jiàn)的導(dǎo)致老化的因素為熱和紫外光。PP從生產(chǎn)、貯存、加工到制品的使用過(guò)程中,接觸最多的環(huán)境便是熱和光(紫外光),主要造成PP老化的便是熱降解和光降解。高分子材料中通常都帶有催化劑殘留物以及在生產(chǎn)或加工過(guò)程中產(chǎn)生的官能團(tuán),如過(guò)氧化物,這些物質(zhì)可活化熱降解或光降解反應(yīng)。在PP的加工過(guò)程中,由于機(jī)械應(yīng)力和熱的作用,碳—?dú)浠蛱肌兼I均會(huì)斷裂,導(dǎo)致形成大分子烷基自由基。高分子與分子氧的直接作用或與催化劑殘留物的相互作用也可以導(dǎo)致形成自由基。只要有氧存在,這些自由基就會(huì)與氧反應(yīng),形成氫過(guò)氧化物,它們對(duì)PP的氧化降解起到非常重要的作用。伴隨PP熱降解的化學(xué)變化主要是形成醛、酮、羧酸、酯和γ-內(nèi)酮,形成的揮發(fā)性組分主要是水。物理性能變化主要在于分子鏈斷裂后的結(jié)果,即相對(duì)分子質(zhì)量下降,進(jìn)而造成一系列力學(xué)性能的下降。另外,PP在使用過(guò)程中,在光(紫外光)的作用下,氫過(guò)氧化物不斷積累,從而加劇PP的老化速度。在制品的實(shí)際使用中,熱老化和光老化是同時(shí)存在的。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明,PP制成纖維后(如樣品A),在氙燈加速老化450h后,其拉伸強(qiáng)度由24.3MPa降為5.36MPa,斷裂伸長(zhǎng)率由282%降為9.2%。見(jiàn)表2。由表2可知:PP纖維在氙燈加速老化450h后(相當(dāng)于實(shí)際戶外環(huán)境使用3~4個(gè)月),其力學(xué)性能已失去實(shí)際使用價(jià)值,這顯然遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到實(shí)際使用的要求。為了達(dá)到使PP免受氧化或延緩氧化的目的,必須破壞PP的熱氧老化和光氧老化過(guò)程。當(dāng)加入抗老化母粒SMF1807后,可阻止或延緩PP氧化降解過(guò)程。它一方面捕獲自由基,使其不再參與氧化,另一方面分解已產(chǎn)生的氫過(guò)氧化物,使其成為無(wú)害的產(chǎn)物,從而達(dá)到中止或延緩PP的老化過(guò)程。2.2拉伸性能測(cè)試圖1、2為PP纖維在氙燈加速老化過(guò)程中,其斷裂伸長(zhǎng)保持率變化曲線。由圖可以看出:未添加抗老化母粒SMF1807的樣品(A、C),經(jīng)照射450h后,已喪失了拉伸性能(纖維已經(jīng)粉化);而添加了抗老化母粒SMF1807后的樣品(B、D),經(jīng)照射1250h后(相當(dāng)于戶外使用時(shí)間約為14~18個(gè)月),B的斷裂伸長(zhǎng)率保持率仍達(dá)21%,D仍達(dá)29%,表明纖維的力學(xué)性能得到明顯改善。2.3抗老化性能以改善拉伸強(qiáng)度保持率為基礎(chǔ)(b、d圖3、4為PP纖維在氙燈加速老化過(guò)程中,纖維拉伸強(qiáng)度保持率變化曲線。由圖可以看出:未加抗老化母粒SMF1807的樣品(A、C),在經(jīng)老化450h后,A的拉伸強(qiáng)度保持率只有22%,C只有37%,都少于50%,已不能滿足實(shí)際使用要求;而添加了抗老化母粒SMF1807的樣品(B、D),此時(shí)的拉伸強(qiáng)度保持率都為80%,其拉伸強(qiáng)度保持率得到明顯的改善;在經(jīng)老化1250h后,樣品B的拉伸強(qiáng)度保持率達(dá)51%,D達(dá)49%,明顯高于未加入抗老化母粒的樣品(A、C),且仍具有一定的使用價(jià)值。2.4戶外使用時(shí)間各纖維樣品經(jīng)化學(xué)工業(yè)合成材料老化質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的氙燈加速老化檢驗(yàn)結(jié)果如下:A樣品纖維(未添加抗老化母粒SMF1807)老化450h,其拉伸強(qiáng)度保持率為22%,相當(dāng)于戶外使用時(shí)間約為4~6個(gè)月;B樣品纖維(添加抗老化母粒SMF18073份)老化1250h,其拉伸強(qiáng)度保持率為51%,相當(dāng)于戶外使用時(shí)間約為14~18個(gè)月;C樣品纖維(未添加抗老化母粒SMF1807,含熔噴PP125份)老化450h,其拉伸強(qiáng)度保持率為37%,相當(dāng)于戶外使用時(shí)間約為4~6個(gè)月;D樣品纖維(添加抗老化母粒SMF18073份,含熔噴PP125份)老化1250h,其拉伸強(qiáng)度保持率為49%,相當(dāng)于戶外使用時(shí)間約為14~18個(gè)月。3抗氧化作用